Введение
   Еще несколько лет назад слова "гидроаккумулятор" и "экспансомат" были известны только узкому кругу специалистов. В то время широко развивалось коллективное коммунальное хозяйство. Его обслуживание осуществляли слесари-водопроводчики, работа которых в основном заключалась в замене прокладок в смесителях и унитазах многоквартирных домов. Все инженерное оборудование для водоснабжения индивидуальных домов сводилось к колодцу и насосу "Малыш", конструкция которого на протяжении последних тридцати лет практически остается прежней.
Но жизнь меняется. Люди хотят иметь цивилизованные условия на своих дачах и в индивидуальных домах, с горячей и холодной водой, системой отопления и нормальной канализацией. Все это привело к возникновению новой отрасли - инженерное оборудование для индивидуального дома. Возникли сотни фирм, поставляющих, торгующих, монтирующих и эксплуатирующих это оборудование. К сожалению, наша промышленность даже в годы своего расцвета серьезно не занималась развитием инженерного оборудования для индивидуального дома. Поэтому сейчас это оборудование в основном импортное.

Назначение гидроаккумуляторов и расширительных баков
   Первоначально разделим все рассматриваемые баки на два основных типа. Первый тип - устройства, предназначенные для компенсации избыточного давления (объема) в нагревательных приборах. Это расширительные баки, или "экспансоматы" от английского слова "expansion" - расширение. Чтобы представить, для чего нужны экспансоматы, рассмотрим работу системы отопления.
При нагреве котла температура жидкости-теплоносителя в нем повышается. При нагреве жидкость расширяется. Это приводит к увеличению ее объема примерно на 0,3 % на каждые 10°С. Поэтому при увеличении температуры на 70°С первоначальный объем теплоносителя увеличится примерно на 3 %. Жидкость практически несжимаема и если система отопления не будет оснащена дополнительным устройством, позволяющим куда-то деться этому обьему, то неизбежно произойдет ее разрушение. Для исключения этого и применяются расширительные (компенсационные) баки.
Распространенные в прошлом открытые расширительные баки имели ряд
недостатков и в настоящее время практически не применяются. Учитывая российский инженерный консерватизм, еще раз опишем некоторые недостатки открытых расширительных баков:
- Наличие открытого бака определяет повышенную испаряемость жидкости и необходимость постоянного ее пополнения;
- Более дорогая установка открытого бака. Он должен быть установлен в самой верхней части системы отопления. Надо предусмотреть специальное место и обеспечить его утепление и исключение замерзания, в то время как закрытый бак может быть установлен в любом месте;
- Повышенная коррозия в системе из-за доступа в нее кислорода;
- Открытая система отопления работает при низком давлении и поэтому трудно управляема.
Второй основной тип баков - это баки для воды (гидроаккумуляторы). Их задача - аккумулировать некоторое количество воды и выдавать это количество под нужным давлением в нужный момент. Подобно отопительным системам, баки для воды могут быть открытые и закрытые. Все недостатки, перечисленные ранее для открытых баков отопительных систем, распространяются и на баки для воды. Но кроме того, необходимо устройство, исключающее переполнение бака.
Внешний вид экспансоматов и гидроаккмуляторов представлен на рис.1 и 2.

Рис.1	Рис.2

Конструкция расширительных баков для систем отопления
   Начнем рассмотрение с расширительных баков для систем отопления с диафрагменной несменной мембраной. На рис.7 и 8 показаны расширительные баки баллонного и плоского типов.
Корпус бака выполнен из углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки. Внутренняя поверхность бака разделена на два объема мембраной. Мембрана - диафрагменная, несменяемая, жестко закреплена по периметру сечения бака. В одном объеме находится воздух, в другом - теплоноситель. Внешняя поверхность бака покрыта эмалью, а внутренняя поверхность, контактирующая с жидкостью - эпоксидными влагостойкими красками.

Рис.7	Рис.8

В первоначальном положении (рис.9) весь объем бака заполнен газом. Мембрана под воздействием давления воздуха прижата к внутренней поверхности бака. По мере увеличения температуры в системе объем жидкости увеличивается, давление возрастает, и теплоноситель поступает в расширительный бак, отжимая мембрану. При этом воздух в противоположной камере бака сжимается. Недостатком такой конструкции является невозможность замены мембраны в случае ее разрыва или повышенной влагопроницаемости. Однако в системах отопления при их нормальной работе максимальное расширение жидкости происходит только в момент пуска. В других случаях давление меняется плавно, без значительных скачков и колебаний. Поэтому рассматриваемые баки служат довольно долго. Необходимо только перед началом сезона отопления проверять наличие давления воздуха в баке.

Рис.9 "Схема процесса работы расширительного бака"

В отопительных системах большого объема желательно контролировать давление воздуха в расширительном баке с помощью стационарного манометра. Газ в расширительном баке может сжаться только до определенного значения, обусловленного безопасностью (прочностью) системы. В большинстве случаев этот порог достигается установкой предохранительного клапана, отрегулированного на определенное значение давления. В индивидуальных домах эта величина, как правило, составляет 3,5 - 4 бара.
Получается, что не весь расширительный бак заполнен жидкостью, а только его часть. В таблице 1 мы приводим коэффициенты использования объемов расширительных баков итальянской фирмы Zilmet. В ней показано, какая часть от объема бака действительно заполняется теплоносителем.

Таблица. 1 "Коэффициенты полезного обьема расширительного бака"

Входными величинами являются первоначальное давление воздуха в баке Р₀ и величина предельного давления в системе Р_мах. Так, для Р₀ = 1,5 бара и Р_мах= 3,5 бара коэффициент использования (К) составляет 0,44. Таким образом, бак емкостью 35 литров может быть заполнен жидкостью только на 35 х 0,44 = 15,4 литра. Эту таблицу с небольшими погрешностями можно использовать и для расширительных баков других фирм.

Второй основной тип расширительных баков для систем отопления - фланцевые расширительные баки со сменной мембраной (рис.10). Они бывают горизонтального и вертикального исполнения. Сразу необходимо отметить, что наиболее правильным расположением бака является такое, в каком мембрана при заполнении ее жидкостью нагружается симметрично, и тогда нет дополнительных растягивающих нагрузок.

   Отличительной особенностью этих баков является то, что жидкость в них целиком находится внутри мембраны и не контактирует с металлической поверхностью бака, следовательно внутренняя поверхность бака не требует покрытия. Замена мембраны производится через фланец, который закреплен с помощью нескольких болтов. При больших объемах расширительного бака мембрана
                  
баллонного типа закрепляется задним концом к ниппелю через резьбовое соединение для стабилизации заполнения.

Гидроаккумуляторы для индивидуальных систем водоснабжения
   Внешне гидроаккумуляторы очень похожи на расширительные фланцевые баки систем отопления. Однако, назначение и условия эксплуатации у них другие, следовательно есть и конструктивные отличия.
Во-первых, режим работы гидроаккумулятора более нагруженный. При нормальной работе частота его срабатывания составляет от 5 до 15 раз в час при правильно подобранном объеме гидроаккумулятора. Если объем подобран неправильно, то эта величина может увеличиться и до 20-30 раз в час. Конечно такой режим работы требует надежной, эластичной мембраны, выдерживающей большое число нагружений.
Во-вторых, гидроаккумуляторы используются в бытовых системах водоснабжения, следовательно материал должен быть не токсичным и разрешенным для использования с чистой питьевой водой.
В-третьих, вода в систему водоснабжения в большинстве случаев поступает из скважины или колодца. Она насыщена кислородом, который выделяется и скапливается в мембране. Поэтому у больших гидроаккумуляторов в верхней части диафрагмы находится патрубок и клапан для стравливания воздуха. Внешний вид такого гидроаккумулятора представлен ранее на рис.5.
В-четвертых, гидроаккумуляторы, как правило, ставятся на линию холодной воды в системе водоснабжения, поэтому с точки зрения температуры, при которой они эксплуатируются, режим более щадящий. Обычно температура воды в системе не может превышать 30°С.
Как и расширительные баки систем отопления, гидроаккумуляторы заполняются водой не полностью. Причем объем "выдаваемой" при работе гидроаккумулятора воды меньше, чем полезный объем расширительного бака системы отопления.

Подбор размеров гидроаккумулятора для систем индивидуального водоснабжения
   Правильный подбор гидроаккумуляторов для систем индивидуального водоснабжения более сложен, чем подбор расширительных баков систем отопления. Здесь значительно больше исходных данных, которые необходимо учитывать. Кроме традиционных душа и крана на кухне, современные дома могут быть оснащены ванной, биде, канализацией, стиральной машиной и другим оборудованием, для работы которого необходима вода. Помимо оборудования различным может быть количество людей, находящихся в доме. Это объективные факторы, но при выборе размеров гидроаккумулятора приходится учитывать еще и субъективные факторы. Например, сколько раз в час можно включать насос и заполнять гидроаккумулятор? Что случиться, если сразу несколько человек будут пользоваться водой? Что будет, если в это время работает стиральная машина?
Начнем с того, что если у Вас в доме только кран для воды, душ и кран для полива, то ничего считать не надо. Вам нужна стандартная установка водоснабжения с гидроаккумулятором 24 литра. Смело покупайте ее. Она оптимальна в тех случаях, когда число постоянно проживающих людей в доме до четырех человек. Даже если Вам потребуется в перспективе увеличить число точек разбора воды, то можно будет просто купить отдельно и установить в любую точку системы водоснабжения еще один гидроаккумулятор объемом 24 литра.
Если у Вас дом без канализации, но с количеством точек разбора воды более трех, то в любых случаях Вам достаточно гидроаккумулятора объемом 50 литров.
Существует методика подбора объема гидроаккумулятора, в основу которой положен международный метод расчета UNI 9182, разработанный итальянскими инженерами.Она предназначена для индивидуальных домов, оснащенных канализацией (септиком), с ваннами и другим оборудованием, потребляющим значительное количество воды.

Рекомендации по назначению порогов срабатывания реле давления систем водоснабжения индивидуального дома
   Обозначим P_нпс - нижний порог давления при включении насоса (бар), Р_впс- верхний порог давления при выключении насоса (бар).
Разница порогов срабатывания Р_впс- P_нпс определяет величину объема воды, выдаваемого гидроаккумулятором системы водоснабжения. Чем больше эта разница, тем более эффективней работа гидроаккумулятора, но мембрана нагружается сильнее и может разорваться.
Значение Рвкл ( давление включения насоса) определяется исходя из значения гидростатического давления (высоты воды) в системе водоснабжения Вашего дома. Например, если высота труб в Вашей системе равна 10 метрам, то тогда давление водного столба будет равно 10 метрам, что равно давлению 1 бар.
Каким должно быть минимальное значение давления P_нпс? Давление воздуха в камере противодавления гидроаккумулятора должно быть равно гидростатическому, то есть в нашем случае 1 бар. Нижний порог срабатывания P_нпс, тогда должен быть несколько больше (на 0,2 бара) давления воздуха в гидроаккумуляторе.
Однако нам надо, чтобы система работала устойчиво. Наиболее критичной, с точки зрения стабильности работы, является наиболее высокая точка разбора (например кран или душ на верхнем этаже). Кран работает нормально, если перепад давления в нем не менее 0,5 бара. Следовательно давление должно быть 0,5 бара плюс значение гидростатического давления этой точки. Таким образом, минимальное значение давления газа в гидроаккумуляторе равно 0,5 бара плюс значение приведенного гидростатического давления в точке расположения гидроаккумулятора (расстояние по высоте между верхней точкой разбора и точкой расположения гидроаккумулятора). В нашем случае, если гидроаккумулятор расположен в низшей точке системы водоснабжения, то минимальное значение газа в нем следует назначить 1 бар + 0,5 бара = 1,5 бара, а порог срабатывания (включения ) насоса P_нпс=1,5 + 0,2= 1,7 бара. Если гидроаккумулятор расположен в верхней точке, а датчик давления в нижней точке системы, то давление газа в гидроаккумуляторе следует назначить 0,5 бара, а порог включения насоса P_нпс= 1,7 бара.
При назначении верхнего порога срабатывания системы автоматического водоснабжения P_впс необходимо учитывать несколько моментов, в первую очередь напорную характеристику насоса. Значение напора, создаваемого насосом и выраженное в метрах водяного столба, разделенное на 10, покажет максимальное значение давления. Однако при этом следует учитывать, что:
- в характеристиках насоса указаны максимальные параметры без учета гидравлических сопротивлений трубопроводов;
- напряжение электрической сети часто не соответствует номинальному значению 220 В;
- при максимальных значениях напора расход насоса минимален и Ваша система будет заполняться очень долго;
- при длительной эксплуатации характеристики насоса уменьшаются.
Учитывая вышесказанное мы рекомендуем назначать величину верхнего порога срабатывания на 30% ниже, чем максимальное значение напора Вашего насоса.
Однако первоначальным при определении верхнего порога срабатывания является высота Вашего дома, вернее высота системы водоснабжения дома.
Величина верхнего порога срабатывания равна высоте системы водоснабжения, выраженной в метрах, плюс 20 метров, и разделенная на 10. Вы получите давление, выраженное в барах.
В бытовых системах водоснабжения обычно рекомендуют назначать разницу между нижним и верхним порогами срабатывания 1,0- 1,2 бар. Это наиболее приемлемые значения.
Таким образом, для определения верхнего порога давления включения насоса мы рекомендуем:
а) определить нижний порог давления включения насоса;
б) к полученному значению прибавить 1,2 бар;
в) полученное значение сравнить с напорными характеристиками насоса. Оно должно быть на 30% ниже, чем максимальное значение напора Вашего насоса. Таким образом Вы можете проверить правильность подбора насоса.

Стандартные схемы подключения гидроаккумуляторов и расширительных баков
   Гидроаккумуляторы и расширительные баки невозможно использовать как самостоятельные устройства. Их можно использовать как элемент инженерных систем. Собственно поэтому мы и говорим, что инженерное оборудование должны подбирать и монтировать специалисты. Неправильно отрегулированное реле давление, трубы несоответствующего диаметра, грязная вода или просто недостаточное напряжение приводят к сбоям в работе или к поломке отдельных элементов инженерных систем.
Перечислим некоторые основные системы, которые могут быть применены в индивидуальном доме.
Система повышения давления (рис.11) предназначена для тех случаев, когда давление воды в подводящих магистралях недостаточно для нормального функционирования устройств. Необходимое давление создается насосом. Необходимый объем воды создается гидроаккумулятором.
Индивидуальная система холодного водоснабжения с самовсасывающим насосом (рис.12) предназначена для водоснабжения небольшого индивидуального дома с забором воды из колодца с помощью насоса, снабженного инжектором, позволяющим самостоятельно всасывать воду с глубины до 8-9 метров.
Индивидуальная система холодного водоснабжения с глубинным насосом (рис.13) предназначена для систем водоснабжения домов водой из скважин.
Упрощенные схемы использования расширительных баков представлены были ранее на рис.4.
Расширительные баки систем отопления просто устанавливаются на трубопроводе с помощью тройника и не требуют дополнительных пояснений.

Рис.11 "Система повышения давления"	Рис.12 "Система холодного водоснабжения с самовсасывающим насосом"
	1.Насос 2. Обратный клапан 3. Реле давления 4. Манометр 5. Гидроаккумулятор 6. 5-ти выводной штуцер 7. Шланг в металлоплетке 8. В систему 9. Всасывающий шланг
Рис.13 "Система холодного водоснабжения с глубинным насосом"

Компенсаторы гидроудара
   Как уже отмечалось в первой части этой стаьи, в инженерных водопроводных сетях индивидуального дома может возникнуть такое явление как "гидроудар" или "водяной молоток" (water hammer). При резком закрытии или открытии крана, включении насоса и других случаях давление воды в трубопроводах может значительно превышать статическое. Учитывая, что индивидуальный дом все больше насыщается сложной техникой (стиральные и посудомоечные машины, керамические смесители, бойлеры), необходимо предохранить их от чрезмерных нагрузок.

На рис.14 представлен вид компенсаторов гидроудара, а на рис.15 - некоторые случаи их использования. Учитывая, что жидкость практически не сжимаема, объемы таких компенсаторов невелики. Мы специально проводим примеры использования компенсаторов гидроудара и некоторые формулы, позволяющие понять, о каких величинах давления идет речь.
Неободимо также отметить, что в Европе без установки в сети водоснабжения гидрокомпенсаторов гарантии на бытовую технику не обеспечиваются. Это обусловлено тем, что разрабатывать технику, выдерживающую высокое давление экономически невыгодно. А явление гидроудара существует.

Рис.14	Рис.15 "Примеры использования компенсаторов гидроудара"

Монтаж гидроаккумуляторов и расширительных баков.
   Принципиальное различие в монтаже расширительных баков и гидроаккумуляторов заключается в характере работы. Расширительные баки систем отопления нагружаются медленно и единственное, чему необходимо уделить внимание, так это его крепежу. Бак заполняется жидкостью. Его масса возрастает в несколько раз, и если крепеж бака выполнен плохо, то он может просто упасть.
Гидроаккумуляторы работают постоянно и режим нагружения у них динамический. Поэтому при их монтаже рекомендуем следующее:
- крепление гидроаккумулятора должно быть с большим запасом прочности;
- для уменьшения шума и вибрации производите крепеж через резиновые уплотнения;
- вибрация передается и через трубопровод, поэтому подсоединяйте гидроаккумуляторы через гибкий трубопровод с амортизирующими прокладками. Диаметр гибкого трубопровода не должен сужать проходное сечение подводящих коммуникаций;
- при долгом хранении гидроаккумулятора перед его продажей мембрана находится под давлением закаченного в него на заводе-изготовителе газа. За время хранения мембрана может в некоторых местах слипнуться. Поэтому при первом пуске наполняйте водой гидроаккумулятор медленно, чтобы не допустить разрыва мембраны. Проверьте давление газа в гидроаккумуляторе перед началом работы. Оно должно соответствовать паспортным данным. Не экспериментируйте. Неправильно подобранное давление газа может привести к разрыву мембраны;
- при первоначальном пуске, особенно в гидроаккумуляторах большого размера необходимо удалить воздух, находящийся внутри мембраны. Для этого поставьте на штуцер для стравливания воздуха (см.рис.2) шаровой кран, соединенный гибким шлангом с канализацией. Включите и прокачайте систему со сливом в канализацию в течение нескольких секунд. Затем закройте шаровой кран, отсоедините гибкий шланг и поставьте на его место воздухоотделитель (устройство в виде клапана, позволяющее стравливать воздух в процессе работы), откройте шаровой кран. Данная система позволяет удалять воздух, скапливающийся в мембране в процессе работы. В баках маленького размера эти работы не предусмотрены.

Замена мембраны
   Отсоедините гидроаккумулятор или расширительный бак от системы. Отвинтите винты, крепящие фланец к корпусу (обычно шесть болтов), снимите фланец. Попробуйте вынуть мембрану. Если мембрана не вынимается, то ее конструкция имеет еще одно крепление в зоне ниппеля. Отвинтите ниппель, снимите мембрану. Если бак большого размера, то мембрана закреплена на патрубке для прокачивания воздуха.

Подготовлено по материалам фирмы "Группа Апрель"
(Сборник книг "Индивидуальное инженерное оборудование дома")